作為美國(guó)的重要戰(zhàn)略布局科研機(jī)構(gòu)，坐落在斯坦福大學(xué)中的SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室專門從事粒子加速器的設(shè)計(jì)與建造以及高速粒子的研究工作，并在這一專業(yè)領(lǐng)域取得了巨大成就，其中包括三項(xiàng)榮獲諾貝爾獎(jiǎng)的重要發(fā)現(xiàn)。SLAC實(shí)驗(yàn)室在化學(xué)、材料學(xué)、能源科學(xué)、生物科學(xué)、聚變能源科學(xué)、高能物理和宇宙學(xué)等多個(gè)前沿科學(xué)領(lǐng)域均有所貢獻(xiàn)。

其中，正交模耦合器（Ortho-Mode Transducer）是天線系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件，用于分離和混合兩個(gè)相互正交的極化波，能夠?qū)⑤斎胄盘?hào)分離成兩個(gè)正交極化方向的信號(hào)，并將它們分別傳輸?shù)较鄳?yīng)的接收器或發(fā)射器中。這項(xiàng)技術(shù)是SLAC實(shí)驗(yàn)室的重點(diǎn)研究方向之一，它在衛(wèi)星通信、雷達(dá)、射電望遠(yuǎn)鏡等領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，為提升這些系統(tǒng)的性能和效率提供了重要的支持。

1. 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題與應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)

SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室的項(xiàng)目經(jīng)理Gregory Peter Le Sage開(kāi)發(fā)了一種高頻OMT。實(shí)驗(yàn)初期，該團(tuán)隊(duì)嘗試使用立體光刻（SLA）技術(shù)進(jìn)行3D打印。然而，由于SLA打印的OMT樣件未能達(dá)到性能預(yù)期，這促使Le Sage必須去尋找更高精度和機(jī)械強(qiáng)度的精密制造解決方案。

在打印OMT時(shí)，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)使用光學(xué)精度為50 μm的SLA打印設(shè)備會(huì)導(dǎo)致OMT出現(xiàn)了嚴(yán)重的性能缺陷。該OMT樣件在71 GHz處的插入損耗達(dá)到11 dB，遠(yuǎn)超過(guò)了數(shù)控加工原型中觀察到的可接受損耗閾值1.5 dB。由于SLA技術(shù)較低的分辨率，導(dǎo)致樣件的公差較大，致使打印樣件尺寸不精確，這嚴(yán)重影響了OMT的高頻性能，進(jìn)而導(dǎo)致信號(hào)衰減和失真。模擬結(jié)果表明，即使是10 μm的輕微偏差，也可能大幅降低組件的有效性。

2. 重新設(shè)計(jì)和工藝改進(jìn)

經(jīng)過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)后，Le Sage意識(shí)到，為了達(dá)到預(yù)期的效果，OMT樣件的精細(xì)度和機(jī)械強(qiáng)度必須要得到提升。因此，他對(duì)OMT模型進(jìn)行了專門針對(duì)3D打印技術(shù)的重新設(shè)計(jì)。重新設(shè)計(jì)的目的是增強(qiáng)部件的結(jié)構(gòu)完整性，這對(duì)于OMT的性能和耐用性都是至關(guān)重要的。最終，他選擇了摩方精密面投影微立體光刻（PµSL）3D打印技術(shù)，該技術(shù)以其高精度、高質(zhì)量、高公差控制能力等特點(diǎn)，可以制造出全新設(shè)計(jì)的OMT模型。

3. 先進(jìn)制造和性能評(píng)估

借助摩方精密的microArch® S240（精度：10 μm）3D打印設(shè)備，該團(tuán)隊(duì)完成了全新的OMT設(shè)計(jì)打印，其精度與高頻應(yīng)用所需的精度一致，進(jìn)一步保障了OMT的高頻性能。3D打印完成后，OMT樣件進(jìn)行了電鍍處理，通過(guò)改進(jìn)了對(duì)內(nèi)部表面的接觸，進(jìn)一步確保了電鍍效果。

通過(guò)本次研究，3D打印技術(shù)對(duì)高頻組件性能有著至關(guān)重要的影響。與傳統(tǒng)制造工藝相比，摩方精密微納3D打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高精度復(fù)雜零件的加工制造，保障了OMT能夠滿足微波通信系統(tǒng)對(duì)高性能的嚴(yán)格要求。這一技術(shù)在分辨率和公差控制上的能力對(duì)于推動(dòng)研究成果的應(yīng)用具有重要意義，并助力微波通信系統(tǒng)的發(fā)展，為通信技術(shù)的未來(lái)進(jìn)步開(kāi)辟了新的路徑。